無人機航測在礦山地形圖測繪中的應(yīng)用探討

張亮

（福建旭東辰地質(zhì)勘察有限公司，福建 龍巖 364021）

0 引言

礦山綜合治理過程中，對礦山地形圖測繪質(zhì)量要求較高，為提高礦山地形圖測繪工作效率，將無人機航測技術(shù)應(yīng)用其中，發(fā)揮了無人機航測技術(shù)的優(yōu)勢。因此，有必要就無人機航測技術(shù)在礦山地形圖測繪中的具體應(yīng)用情況展開分析，進一步證實無人機航測技術(shù)在礦山地形圖測繪中應(yīng)用的可行性和有效性。

1 無人機航測技術(shù)的基本原理及影響因素

在3S技術(shù)發(fā)展推動下，實現(xiàn)了高分辨航空影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)，在圖像處理技術(shù)、定位技術(shù)等技術(shù)支持下，為無人機航測技術(shù)發(fā)展提供了技術(shù)保障。無人機航測技術(shù)主要以無人機為平臺，結(jié)合了實時動態(tài)定位技術(shù)、航空影像攝像技術(shù)等，在高空作業(yè)中，可實時采集數(shù)據(jù)信息，更加精準(zhǔn)地生成影像數(shù)據(jù)，整個數(shù)據(jù)采集和生成過程中，以高分辨率的真彩色數(shù)字影像為基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)處理技術(shù)和軟件應(yīng)用支持下，有效進行影像校正、空三加密處理。研究發(fā)現(xiàn)，航高與地面分辨率是正比關(guān)系，此種系統(tǒng)誤差消除難度大，可以考慮借助攝影測圖系統(tǒng)進行誤差修正。有研究人員通過實驗分析得出，航高每升高100 m，地面分辨率會增加2.5 cm左右，進而推算出，當(dāng)航高為1 000 m時，地面分辨率為0.25 m。同時，有研究證實，地形的起伏狀態(tài)會引起投影誤差，誤差的產(chǎn)生與像點位移有關(guān)，地形起伏時，像點與垂直投影點會出現(xiàn)不同程度的直線位移情況，當(dāng)中心攝影在垂直攝影狀態(tài)時，投影誤差與地形高差成正比，與航高成反比。針對此種情況，可以增加一定的航高，解決地形起伏引起的投影誤差問題[1]。

2 無人機航測技術(shù)優(yōu)勢

無人機航測技術(shù)提供了航測外業(yè)和航測內(nèi)業(yè)功能，在外業(yè)部分，支持像控點布設(shè)和測量、支持對航測區(qū)域的踏勘、滿足低空航攝及屬性調(diào)查要求；內(nèi)業(yè)包括對控制點數(shù)據(jù)的整理、數(shù)據(jù)初始化處理及正射影像處理、等高線生成等。在礦山地形圖測繪中無人機航測技術(shù)，優(yōu)越性顯著，測繪工作效率明顯提升、應(yīng)用靈活；無人機本身體積小、操作便捷、攜帶方便，且在實際測繪場景應(yīng)用中不受外部環(huán)境影響，有效規(guī)避氣候因素影響，滿足全天候信息采集需要[2]。另外，無人機航測技術(shù)測量精度高，能夠為礦山治理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐；在數(shù)據(jù)收集、踏勘等方面減少人工勞動強度，可在短時間內(nèi)完成大面積測繪任務(wù)；并且無人機航測技術(shù)在實際應(yīng)用中安全程度高、無需人員駕駛、支持遠程控制，優(yōu)勢性能明顯。

3 無人機航測技術(shù)在礦山地形圖測繪中的具體應(yīng)用

3.1 確定礦山地形圖測繪數(shù)字結(jié)構(gòu)

在無人機航測技術(shù)支持下，清晰地將礦山地形圖測繪數(shù)字結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)對地形圖測繪成本的把控、降低了測繪工作風(fēng)險、滿足礦山地形圖測繪工作需求，為礦山綜合治理提供數(shù)據(jù)支持，更加科學(xué)地開展礦山治理工作。

3.2 確定基本航線，滿足航測精準(zhǔn)度要求

在礦產(chǎn)地形圖測繪中使用無人機航測技術(shù)，提高了測繪工作效率，改變了傳統(tǒng)測繪工作模式，提高了地形圖測繪工作效率，精準(zhǔn)確定了基本航向，選擇適合的海拔范圍，以保證勘測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時，在無人機航測技術(shù)支持下，為提高航測精準(zhǔn)度提供了技術(shù)支撐，無人機航測成像清晰度高，為礦山地形圖測繪提供了新型測繪技術(shù)手段，并實現(xiàn)了在惡劣天氣下正常作業(yè)的目標(biāo)。

3.3 航線數(shù)據(jù)獲取

3.3.1 項目概況

選取我國西部地區(qū)的一處亟需綜合治理的廢棄礦山，前期勘察發(fā)現(xiàn)，需測繪面積為4.5 km2，比例尺為1∶2 000；整體的地形地貌高低不一，植被破壞嚴(yán)重，地形圖測繪難度大，通過使用無人機航測技術(shù)，實現(xiàn)了礦山地形圖測繪工作目標(biāo)。

3.3.2 測繪中無人機航測具體作業(yè)流程

測繪前，做好充分的準(zhǔn)備，結(jié)合實際情況，明確無人機飛行任務(wù)和目標(biāo)，根據(jù)廢棄礦山區(qū)域的攝影面積、地形地貌、氣候和生態(tài)環(huán)境破壞程度進行航空攝影，將實際需要測繪的區(qū)域分割為兩個子區(qū)塊，設(shè)計航飛高度為350 m，航向重疊度為75%。在像控點布設(shè)上，根據(jù)地面控制點的引導(dǎo)，精準(zhǔn)獲取航空影像數(shù)據(jù)，在布設(shè)像控點過程中重點參照地形變化實況。在本次地形圖測繪項目中，將像控點布設(shè)密度設(shè)定為3個/km2，確保像控點的布設(shè)滿足測繪區(qū)域航測需要，實現(xiàn)航測范圍全覆蓋，在礦體分布區(qū)域加密像控點的布設(shè)[3]。完成像控點布設(shè)任務(wù)后，使用空中三角加密測量技術(shù)，規(guī)避影像“留白”現(xiàn)象。

無人機航測技術(shù)應(yīng)用在本項目測繪中，存在被高大建筑物和植被遮擋的情況，造成部分區(qū)域內(nèi)無法提取到地物信息，通過使用空中三角加密處理技術(shù)，有效解決了上述問題，更好地提升了航測精度。經(jīng)過空中三角加密處理后的數(shù)據(jù)，需要再次進行校對和鑲嵌處理，本項目采用的是大疆M600PRO搭載大勢智慧雙魚4B云臺進行數(shù)據(jù)采集和收集，滿足數(shù)據(jù)檢查需求，可及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)，確保地形圖相關(guān)測量參數(shù)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。完成上述操作后，進行手動操作，精確標(biāo)記水系、民用建筑標(biāo)高等。

對航測測量結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，將無人機航測技術(shù)應(yīng)用在礦山地形圖測繪中，發(fā)揮了無人機航測技術(shù)的優(yōu)勢，平面航測誤差小、高程誤差小，各條航帶影像數(shù)據(jù)清晰度高，重疊度、航向等技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計要求，無漏洞現(xiàn)象，影片涵蓋了測繪區(qū)整個區(qū)域，為立體模型的搭建和連接，提供了便利條件。同時，在無人機航測過程中，加強對控制網(wǎng)的建設(shè)，進一步提高了無人機航測精度，在地形復(fù)雜區(qū)域適當(dāng)增加控制點，保證了測量精度，證實了無人機航測技術(shù)應(yīng)用的可行性和實用性，在本礦山項目地形圖測繪中展現(xiàn)了良好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

無人機航測技術(shù)經(jīng)濟效果顯著，測量精確度高，在礦山地形圖測繪中應(yīng)用效果顯著，能夠發(fā)揮無人機航測技術(shù)優(yōu)勢，可降低相關(guān)測量標(biāo)的誤差，應(yīng)用前景廣闊。